CN100568688C

CN100568688C - 小功率单相/三相低失真变频电源

Info

Publication number: CN100568688C
Application number: CNB2007100182372A
Authority: CN
Inventors: 杨新华; 马建立; 陈玉松; 王关平; 金兴文; 戴路加
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: CN101257248A

Abstract

小功率单相/三相低失真变频电源，包括用于产生DDS脉冲波的单片机(1)，将DDS脉冲波转换为模拟阶梯波的D/A转换器(2)，用于将D/A转换器(2)的输出信号进行平滑滤波、同时进行一定增益的电压放大的低通滤波器(3)，对低通滤波器(3)的输出信号进行功率放大的功率放大器(4)，为各部分提供能量的直流电源；单片机(1)中包括N位存储器(1-1)、N位加法器(1-2)、N位寄存器(1-3)、相位幅值转换器(1-4)、时钟信号f_clk发生器(1-5)；在单片机中将频率控制字FCW存入N位存储器(1-1)，N位存储器(1-1)与N位寄存器(1-3)的返回值在N位加法器(1-2)相加产生相位值，同时，N位寄存器(1-3)将此相位值送入相位幅值转换器(1-4)得到相应的幅值，固定相位增量，时钟频率f_clk由单片机分频得到，通过调整时钟频率f_clk的值来调整每2个取样点的时间间隔，控制每个周期的时长，从而对输出频率进行控制。

Description

小功率单相/三相低失真变频电源

技术领域

本发明涉及一种变频电源。

背景技术

许多测量仪器上都需要一种小功率、低失真的单相或三相变频电源，而传统变频电源是建立在电力电子技术与控制理论之上的，主要由逆变控制电路、驱动部分、功率变换电路组成。对于传统变频电源，一方面，从算法上来说较为复杂；另一方面，由于功率器件工作在开关状态，变频电源的输出波形中谐波丰富，波形失真大，对电网和环境有明显的电磁干扰。要想得到理想波形，需要设计高性能的滤波器，而设计的滤波器往往体积庞大，成本不低，而且性能不一定理想，不能完全满足现代测试装置小型化、智能化、高可靠性的要求。

发明内容。

本发明的目的是提供一种小功率低失真的单相/三相变频电源。

小功率单相/三相低失真变频电源，包括：用于产生DDS脉冲波的单片机1，将DDS脉冲波转换为模拟阶梯波的D/A转换器2，用于将D/A转换器2的输出信号进行平滑滤波、同时进行电压放大的低通滤波器3，对低通滤波器3的输出信号进行功率放大的功率放大器4，为以上四个部分提供能量的直流电源，单片机1中包含N位存储器1-1、N位加法器1-2、N位寄存器1-3、相位幅值转换器1-4、DDS基准时钟信号f_clk发生器1-5，在单片机中将通过程序给定的、用来控制输出信号频率的频率控制字FCW存入N位存储器1-1，N位存储器1-1与N位寄存器1-3返回值在N位加法器1-2中相加产生相位值，同时，N位寄存器1-3将此相位值送入相位幅值转换器1-4得到与此相位相对应的幅值。时钟频率f_clk由单片机分频得到，固定相位增量，通过调整时钟频率f_clk的值来调整每2个取样点之间的时间间隔，从而实现对输出正弦波频率的控制。

本发明的变频电源的输出频率由f_out＝(k/2^N)f_clk决定，f_clk由单片机分频得到，N为相位累加器的位数。调整相位增量k的大小和调整时钟频率f_clk大小都可以达到调整输出频率的目的。一般DDS技术都采用固定时钟频率f_clk，调节相位增量的方法控制输出信号的频率，此时频率分辩率由Δf＝(1/2^N)f_clk决定，即k＝1时的输出频率决定，该方法是以改变正弦波采样点数来改变频率的，当频率很高时，一个周期的采样点数必然会减少很多，势必会使波形失真。本发明中由于合成的正弦波频率较低，采用了固定相位增量、调节时钟频率f_clk的方法来调节输出频率。频率分辩率由Δf＝(k/2^N)决定，一个周期内采样点数不变，当采样频率提高到一定程度时，波形失真仍然很小。

本发明是基于DDS技术设计的变频电源，与传统的变频电源相比，具有波形失真小、频率连续可调、频率分辨率高、频率变换速度快、频率准确度高、谐波干扰非常小等优点。但由于功率放大器输出功率的限制，本发明提供的方法只适合于设计小功率变频电源。

经试验验证，本发明的波形失真小、频率调节方便、频率变换速度快、频率分辨率和准确度高、谐波干扰非常小。将单片机引入了电源系统，可实现仪器的数字化、智能化，本发明提供的方法特别适合对电源容量要求不高，而对电源波形、频率精度、频率分辨率要求很高的测量装置，可实现现代测量装置小型化、高效率、智能化的要求。

本发明属于直接变频，其实现十分简单，谐波仅仅与存储器位数、D/A转换器的位数及功率放大器的带宽有关，只要合理选择单片机及D/A转换器，设计带宽、功率满足要求的功率放大器，实现输出失真较小的小功率正弦波变频电源是比较容易的。

下面结合附图及具体实施实例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图，图2是单片机实现的DDS框图，图3是DDS后续处理图

具体实施方式

如图1所示，本发明由单片机1、D/A转换器2、低通滤波器3、功率放大器4、直流电源5组成，单片机1用于产生DDS脉冲波；D/A转换器2将DDS脉冲波转换为模拟阶梯波；低通滤波器3，用于将D/A转换器的输出信号进行平滑滤波，同时进行一定增益的电压放大；功率放大器4进行功率放大；直流电源为各部分提供能量。如图3所示，DDS脉冲波由单片机软件产生后，经D/A转换器2进行D/A转换，得到连续的模拟阶梯波，此阶梯波含有谐波和噪声，他们是合成频率、参考频率以及频率控制字的函数，必须经过低通滤波器3进行滤波；经过滤波的正弦波，需经过功率放大器4进行功率放大，功率放大器输出功率的大小就决定了此电源的功率。

如图2所示，单片机1中包括N位存储器1-1、N位加法器1-2、N位寄存器1-3、相位幅值转换器1-4、时钟信号f_clk发生器1-5。用户将频率控制字FCW存入N位存储器1-1，N位存储器1-1与N位寄存器1-3返回值在N位加法器1-2相加产生相位值，同时，N位寄存器1-3将此相位值送入相位幅值转换器1-4得到相应的幅值，固定相位增量，时钟频率f_clk是由单片机1分频得到的，通过调节时钟频率f_clk的来调节输出频率。调整时钟频率f_clk的值就可以调整每2个取样点的时间间隔，从而达到控制输出频率的目的。

如图1所示，如果是单相变频电源，D/A转换器2、低通滤波器3、功率放大器4均为单通道；如果是三相变频电源，D/A转换器2、低通滤波器3、功率放大器4均为三通道。

图1中单片机的功能是构成频率控制字、相位累加器，存储正弦波幅值表。用户可根据频率要求设定频率控制字，相位累加器将此刻的相位和给定频率控制字相加，并以此结果去查询正弦波幅度表，得到正弦函数的幅值码，数字幅值码经过D/A转换器转换成模拟阶梯信号，再经过低通滤波器滤波、放大，得到平滑的一定幅值的正弦信号波形，然后利用功率放大器将此信号进行功率放大，得到一定电压幅值和功率的正弦波。

Claims

1、小功率单相/三相低失真变频电源，其特征在于包括：用于产生DDS脉冲波的单片机(1)，将DDS脉冲波转换为模拟阶梯波的D/A转换器(2)，用于将D/A转换器(2)的输出信号进行平滑滤波、同时进行电压放大的低通滤波器(3)，对低通滤波器(3)的输出信号进行功率放大的功率放大器(4)，为单片机(1)、D/A转换器(2)、低通滤波器(3)和功率放大器(4)提供能量的直流电源；单片机(1)中包括N位存储器(1-1)、N位加法器(1-2)、N位寄存器(1-3)、相位幅值转换器(1-4)、DDS基准时钟信号f_clk发生器(1-5)；在单片机中将通过程序给定的、用来控制输出信号频率的频率控制字FCW存入N位存储器(1-1)，N位存储器(1-1)与N位寄存器(1-3)的返回值在N位加法器(1-2)中相加产生相位值，同时，N位寄存器(1-3)将此相位值送入相位幅值转换器(1-4)得到与此相位相对应的幅值，固定相位增量，时钟频率f_clk由单片机分频得到，通过调整时钟频率f_clk的值来调整每2个取样点的时间间隔，从而对输出频率进行控制。

2、根据权利要求1所述的小功率单相/三相低失真变频电源，其特征在于变频电源为单相时，D/A转换器(2)、低通滤波器(3)、功率放大器(4)均为单通道。

3、根据权利要求1所述的小功率单相/三相低失真变频电源，其特征在于变频电源为三相时，D/A转换器(2)、低通滤波器(3)、功率放大器(4)均为三通道。